运用动物模型研究PGD技术对子代糖/脂代谢的影响及其作用机制

Preimplantation genetic diagnosis (PGD) has been widely used in clinical before undergoing a comprehensive risk assessment, thus it is very important and urgent to assess their offspring's health. At present, chronic metabolic diseases (such as diabetes, obesity etc) become a serious threat to human health. Studies have shown the occurrence of these diseases with fetal-derived. Injury or abnormalities during embryo development may lead to the occurrence of adult diseases such as diabetes. The PGD operations involve the critical period of embryonic development, therefore, it may induce the injury or adaptive change of embryogenesis, then resulted in the developmental abnormalities of metabolizing organs. In this study, the animal model will be used for evaluate the potential risk of PGD operations on offspring's glucose / lipid metabolic. We will construct PGD mouse for study, using IVEM and normal mouse as controls. Then the physical growth and development phenotypes, blood indice of lipid and glucose, structure and function of metabolizing organs, as well as embryo epigenetics will be examined and compared among the three groups of mice, from which we can indicate whether PGD operations, especially blastomere biopsy, have potential risks on development of metabolizing organs. Furthermore, the key molecules regulated by PGD will be found and studied for elucidating their roles on offspring's development. This study is significant for developing more advanced and safe system of assisted reproductive technology.

PGD技术在经过全面的风险评估之前已广泛应用于临床，对其子代健康进行评估非常重要和迫切。目前，糖尿病、肥胖等慢性代谢疾病成为严重危害人类健康的重大疾病，研究显示这些疾病的发生具有胎儿源性，胚胎发育时期的损伤或异常可能引起成年后疾病的发生。PGD的各项操作涉及到胚胎发生发育的关键时期，它是否会诱发该阶段的胚胎发生适应性改变或损伤，引起机体器官发育异常，进而出现成年期代谢疾病？本研究拟构建PGD小鼠模型，以IVEM及normal鼠为对照，抓住重大代谢疾病的主要病理生理特点- - 糖/脂代谢异常作为评估的着眼点，从身体的生长发育表型、血液指标检测、参与糖/脂代谢的器官结构功能、表观遗传检测等多个层次，全面评估三组小鼠的代谢功能，揭示PGD操作是否有引发代谢器官发育异常的潜在风险，并阐明其发挥作用的信号通路及关键分子。研究结果对建立更先进、安全的辅助生殖技术体系，保障ART出生人群的健康具有重大意义。

PGD涉及一系列非生理操作，这些操作发生在胚胎发育的关键时期，其是否会影响胚胎细胞分化及器官发育、进而引发相关疾病风险增加引起关注。本研究构建PGD（经体外培养、4细胞期随机移除1个卵裂球、胚胎移植操作）小鼠模型，以IVEM（经体外培养、胚胎移植操作）和正常出生Normal小鼠作对照，聚焦于成年慢性代谢性疾病，从身体的生长发育表型、血液指标检测、参与糖/脂代谢的器官结构功能、表观遗传检测等多个层次，系统研究了PGD相关操作的潜在不良影响及可能机制。结果显示：（1）PGD涉及的非生理操作影响早期植入后胚胎的发育，使其在4.5-7.5dpc阶段死亡率增高。（2） 存活的PGD小鼠肝脏、脂肪等发育和功能受到影响，青年期时即体脂增多、体重增加、肝TG合成能力增强，此时虽然肝TG转运也代偿增加，但不能抵偿过多合成的TG而使肝TG含量升高；至成年期小鼠肝TG合成依然增强，但TG代偿转运已丧失而表现出转运能力的下降，致肝TG含量显著增多、大量脂质积聚，呈现脂肪肝高发风险，此时脂肪组织对TG的分解利用也受损。（3）PGD相关操作对子代肝脏的影响也干扰其糖代谢能力，小鼠在青年期时肝细胞的糖原合成及对葡萄糖的氧化利用能力下降，但转运葡萄糖入肝利用未出现代偿性增高，由于葡萄糖入肝储存及利用减少，导致小鼠空腹血糖升高。（4）分析早期胚胎的遗传和表观遗传特点，发现PGD操作使囊胚整体上发生转录水平的变化，这些差异表达的基因一方面直接影响胚胎早期发育，致胚胎死亡增高；另一方面影响表观修饰，使胚胎与对照组相比呈现基因组低甲基化状态，对差异甲基化基因的分析证实一系列参与肝发育并与脂肪肝疾病相关。通过PGD、IVEM、Normal三组间的分析比较，提示体外培养和胚胎移植是产生上述不良影响的主要因素，而卵裂球活检存在累加不良效应。综上，本研究证实了PGD相关操作在诱发慢性代谢疾病中的不良作用，并初步揭示其作用机制。研究结果为临床ART改进提供参考，同时也为一些成年期疾病的发生机制、尤其是胚胎源性病因的探索提供新线索。